【應(yīng)用】ANSYS高級模態(tài)分析技術(shù)—盤式制動器嘯叫分析

2016-10-22 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

如何減小制動器噪音在汽車工業(yè)中是一個典型問題。摩擦片會產(chǎn)生廣泛的、持續(xù)的摩擦引起的振動,即制動器嘯叫。剎車系統(tǒng)生產(chǎn)商在以往的對盤式制動器有限元模擬中花費大量的時間在實物試驗的方式獲得準確的接觸狀態(tài),然后手工建立制動盤、摩擦片和其它部件之間的聯(lián)接?，F(xiàn)在我們可以在統(tǒng)一的ANSYS Workbench平臺下,方便利用ANSYS接觸功能,以及高級復(fù)模態(tài)求解功能實現(xiàn)整個制動器的噪聲分析。

1、分析流程

利用幾何接口直接導(dǎo)入盤式制動器系統(tǒng)的三維實體幾何模型,在ANSYS Workbench 中進行幾何模型處理和網(wǎng)格劃分,修改自動創(chuàng)建的接觸連接關(guān)系。模型處理好后首先進行非線性靜力學(xué)分析,模擬制動器的制動時真實接觸狀態(tài),并將制動器摩擦副之間的摩擦力作為外力引入到振動微分方程,使原本對稱的剛度項變成非對稱項。利用線性攝動法,引入摩擦后的非對稱剛度矩陣,進行復(fù)模態(tài)分析。對復(fù)模態(tài)進行分析,研究不同的材料、幾何等特性對制動噪聲的影響。

2、ANSYS接觸技術(shù)

諸如摩擦滑移制動這些現(xiàn)象會導(dǎo)致一些不均勻量,在制動器尖叫問題分析過程中如果人工計算并設(shè)置這些不均勻量,把這些不均勻量通過特殊的單元(例如MATRIX27)輸入。這是一個繁瑣的過程,它需要剎車墊-剎車片交界面上相匹配的網(wǎng)格,并且假設(shè)這些網(wǎng)格是相互接觸并產(chǎn)生滑移的一定數(shù)量接觸面相關(guān)。

ANSYS Workbench自動探測接觸,建立接觸單元。通過ANSYS 3D接觸單元(CONTA17X)在剎車墊-剎車片交界面上建立面-面接觸,是一種相當(dāng)有效的建模方法。利用面-面接觸單元,不需要在接觸面\目標面上建立相互匹配的網(wǎng)格,同時也不需要計算不均勻量。

由于接觸壓力及摩擦應(yīng)力是通過穿透量的逐步換算在每一部迭代中增加的,因此,摩擦接觸采用增強拉格朗日接觸方程。同時增強拉格朗日方程相比拉格朗日乘子法需要更少的迭代次數(shù),因為拉格朗日乘子法需要附加的迭代來穩(wěn)定接觸狀態(tài)。增強拉格朗日法對于通常的摩擦接觸,例如制動盤-摩擦片之間的摩擦接觸是相當(dāng)適用的。

3、復(fù)模態(tài)分析技術(shù)

制動器嘯叫分析關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于模態(tài)分析中考慮結(jié)構(gòu)線性或非線性預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。ANSYS Mechanical通過線性攝動法自動計入預(yù)應(yīng)力效果。通常在非線性靜力學(xué)分析中確定初始接觸狀態(tài)及計算制動盤與摩擦片間的滑動接觸。在靜力分析中摩擦接觸產(chǎn)生非對稱剛度矩陣,在后續(xù)模態(tài)計算中利用復(fù)模態(tài)求解器QR Damped 或Unsymmetric進行求解。